tubo de venturi

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FIIMASS

Medición de presiones en tubo de venturi Introducción Esta inve stig ación tiene como objetivo prin cip al estudi ar el efe cto, f uncion amiento y las apli cac iones tecnológi cas del Tubo Venturi , del cual su invención data de los años 1.800, donde su creador lu ego de muchos cálculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el g asto de un f lu luido, es decir la ca ntidad de f lujo lujo por unidad de tiempo .

Principalm ente su f unción se bas ó en esto, y lue go con post eriores investig aciones para aprove char las condiciones q ue presentaba el mismo, se lleg aron a encontrar nuev as aplicac iones como la de crear v acío a travé s de la caída de presión ión.. El Tubo Ven turi e s un a tubería corta, re cta o g arg anta, entre dos tramos cónicos. Luego fico me joró e st e diseño otro cien tí fi ño,, d educien do las relaciones entre las dim ensiones y los diám etros para así  pod er estudiar y calcula r un T ubo Ven turi p ara una apli cación deter min ada.

fico que conozca los f undam entos bás icos y aplicac iones que se El estudiante o cien tí fi presentan en este trabajo debe e sta r en capacidad para calcular un tubo para sus propias aplicaciones y así  así aum aum entar su uso en e l mundo re al y tecnológi co así  como con investig aciones y nuev os diseños me jor ar su f undam ento y crear nuevos usos de acuerdo a sus necesidad es. 1_objetivos: y

Utilizar el tubo de Venturi y accesorios.

y

Medir

y

Calcular velocidad y caudal.

y

presión total y estática.

 A plicar plicar

la ecuación de energía.

 _resumen

2

El banco hidráulico que vamos a utilizar en el sig uien te experimento de f lu luidos nos

indica pri m ero sab er en qué consist e cada una de sus partes y su f unción que realiza cada una de ellas sabien do todo estos detall es com enzamos a realizar las medi ciones obtenida mediante el f un cionam iento, midien do el caudal en un deter min ado tiemp o

ya sea en los tubos del Venturi y determinado veloc idad ala su ve z ir anota ndo y com pletando la tabla de ter minación d e caudal, obteniendo diferentes resultados par a cada método com paramos y sacamos con clusiones d el experimento realizado. 3 _Marco teórico

TUBO DE VENTURI Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar  MECANICA DE FLUIDOS

Página 1

[LAB

A

N_6 J

N

AC ÑA J

G J

L

F

SS

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos: Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la lí nea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido. Caudal con stante Flu jo incompresible, donde  es constante. La ecuación se aplica a lo largo de una lí nea de corriente o en un flu jo irrotacional

y

y

y

y

Aunque el nombre de la ecuación se debe a Bernoulli, la forma arr i ba ex puesta fue  presentada en pr imer lugar por Leonard Euler.

Un e jemplo de aplicación del pr inci pio lo encontramos en elf lu jo de agua en tuber ía.

LA C AC ÓN

C N N

A

La conservación de la masa de f luido a través de dos secciones (sean éstas S1 y S2) de un conducto (tuber ía) o tubo de corr iente establece que: la masa que entra es igual a la masa que sale. Def inición de tubo de corriente: superf icie formada por las líneas de corr iente. Corolario 2: solo hay tubo de corr iente si V es diferente de 0.

La ecuación de continuidad se puede ex presar como: 1. S1.V 1 = 2. S2.V 2

ME

I

E FL I

P

i

3

[LAB

A

N_6 J

N

AC ÑA J

G J

L

F

SS

Cuando 1 = 2, que es el caso general tratándose de agua, yf lu jo en r égimen  permanente, se tiene:

o de otra forma: (El caudal que entra es igual al que sale) Donde: 3

y

Q  = caudal (m / s) V = velo cidad (m / s)

y

S = área transversal del tubo de corriente o conducto(m2)

y

Que se cumple cuando entre dos secciones de la conducción no se acumula masa, es decir, siempre que el f luido sea incompresi ble y por lo tanto su densidad sea constante. Esta condición la satisfacen todos los líquidos y, par ticularmente, elagua.

En general la geometr ía del conducto es conocida, por lo que el problema se reduce a estimar la velocidad media del f luido en una sección dada.

1.

DESC PC ÓN DEL EQUIP :

El equipo HM150.07 sirve para estudi ar el principio de Bernoulli. Como ob jeto de medición se utiliza un tubo de Venturi con 6 puntos de medición de la presión. Las 6 presiones estáticas se muestran en un panel con 6 manómetros. ME

I

E FL I

P

i

4

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FIIMASS

Además, se pu ede medir la presión total en distin tos puntos d el tubo de Venturi. La pre sión total se indica en un segun do manómetr o. La medi ción se efectúa mediante una sonda móvil en sentido axial respecto al tubo de Venturi. La sonda

está cerrada herméticam ente con una empaquetadura p ara prensa estopas. El sum inistro de ag ua tiene lugar medi ante el

HM150

hidrodinámica o a travé s de la re d d el laboratorio. El

Módulo bás ico para

H M 150

per mi te crear un

circui to cerrado de agua.

osibles ensayos: 

Demostración del principio de Bern oulli .



Mediciones de la presión a lo la rg o del tubo de Venturi.



Determinación del f actor de paso.

Detalles: 1. Panel de e j erci cios. 2. Manómetro de tubito si mple. 3. Tubo d e salida . 4. Válv ula de bola de sal ida . 5. Tubo d e Venturi con 6 Pun tos de medi ción de la presión. 6. Em paquetadu ra para prensa estopas . 7.

abeza de medida de la presión total ( móvi l en sentido axial) .

8. Raco r de manguera de sum inistro de agua . 9. Válv ula de bola de entrada . 10. Manómetro de 6 tubi tos (distribución de la pre sión en el tubo d e Venturi) .

MECANICA DE FLUIDOS

Página 5

[LAB

2.

A

IO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F

SS

REALIZACIÓN DE ENSAYOS: - Coloque el equipo de ensayo en el HM150 de forma que la salida de agua vaya a

parar al canal. - Conectar HM150 y el equipo con un tubo. - Abrir la salida de HM150. - A justar la tuerca racor [1] del prensaestopa s de sonda de forma que la sonda s e

pueda mover fácilmente.

ME

I

E FL I

P

i

6

[LABORA ORIO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F

ASS

- Abrir las válvulas de bola de entrada y salida. - Cerrar la válvula de salida [2] del manómetro de tubito simple, aba jo. - Conectar la bomba y abrir lentamente el grifo principal del HM150. - Abrir las válvulas de purga [3] de los manómetros.

- Cerrar con cuidado el grifo de salida hastaque los manómetros queden irrigados. - A justar simultáneamente el grifo de entraday el de salida para regular el nivel de

agua en lo s manómetros de forma que no e cedanlos lí mites inf erior y superior del área de medición [4, 5].

ME

I

E FL I

P

i

7

[LABORA ORIO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F

ASS

- Medir la presión en todos lo s puntos de medición; después, colo car la sonda de

presión total en el correspondiente nivel de medicióny anotar la presión total. -

eterminar el caudal. Para ello se debe detenerel tiempo t, necesario para llenar el depósito volumétrico de HM150 de 20 a 30 litros.

¡A ENCION!

El equipo de ensayo se debe colo carrecto para evitar que los resultados de medición queden falseados. Cuando se mida la presión, el depósito volumétricode

HM150

debe estar vací o y el

grifo de salida debe estar abierto. De lo contrario, cuando crece el n ivel de agua en el depósito volumétrico también se modif ic a la altura de elevación de la bomba. Esto da lugar a relaciones de presión variables. Esimportante mantener constante la presión de elevación de la bomba con caudales pequeños; de lo contrario, los resultados de medición quedan falseados. El punto cero del manómetro de tubito sencillo seencuentra 80 mm por deba jo del manómetro de 6 tubitos. E ste dato se debe tener en cuenta cuandose lea la presión y se hagan cálculos.

Si se modif ic a el caudal, se deben volver a a justar las dos válvulas de bola para que la s presiones medidas se encuentren dentro de los márgenesde visualización.

ME

I

E FL I

P

i

8

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3.

F MASS

EVALUACIÓN DEL ENSAYO: Los valores medidos se deben comparar con lasecuaciones de Bernoulli.

Ecua ción de Bernoulli con una altura h constante.

Si se tienen en cuenta la s pérdidas por fricción, al convertir la s presiones p1 y p2 en niveles de presión estáticos h1 y h2:

  p 1: ME

I

presión en la sección transversal A1.

E FL I

P

i

9

[LABORA ORIO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F MASS

 h1:

nivel de presión en la sección transversal A1.

 w1:

velocidad de fluido en la sección transversal A1.

  p 2:

presión en la sección transversal A2.

 h2:

nivel de presión en la sección transversal A2.

 w2:

velocidad de fluido en la sección transversal A2.

 :

densidad del medio = constante para fluidos incompresibles, como el

agua.  hv: nivel

de pérdida.

El caudal másico es constante en los sistemasc errados.

Cuando:

Cuando:

3.1.

, enton ces:

, enton ces:

V lo id d en el tubo de Ventu i. El tubo de Venturi utilizado tiene 6 puntos de medición.

ME

I

E FL I

P

i

0

[LABORA ORIO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F MASS

La tabla muestra la velo cidad de ref erencia estandarizadaW, que se deriva

de la geometrí a del tubo de Venturi:

Con la velocidad de ref erencia se pueden calcularla s velocidades teóricas Wrech en 6 puntos de medición del tubo de Venturi a partir de un valor

inicial.

Si el caudal es constante, se obtiene un valor inicial para calcular las velo cidades teóricas de:

Luego la velo cidad w1 se multiplica por los valores de w. Los resultados se

muestran en la tabla siguiente. Se han calculado los valores siguientes para distintosc audales:

ME

I

E FL I

P

i

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En la tabla se tienen en cu enta las relac iones sig uien tes

Cálculo del nivel de presión dinámico:

Se deben restar 80 mm porque los manó metros tenían una diferencia de pun to cero de 80 mm. La velocidad

Wmed  s e

ha calculado a p ar tir de la parte de presión dinámi ca

m edida medi ante la fórmula

Representación gráfica El gr áfi co mu estra las ve locidad es m edidas y calculadas en el tubo de Venturi

para un caudal de 0 ,275 Ltr/s. Las desvi aciones se deben a i mprecisiones en la medi ción.

MECANICA DE FLUIDOS

Página 1

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3.2.

F MASS

P esión en el tubo de Ventu i. Rep esent

ión gráfi

Las modif ic aciones en la presión que se dan al inundar el tubo de Venturi se

pueden representar directamente:

ME

I

E FL I

P

i

3

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F MASS

Se ve con claridad que la ecua ción

Siempre se cumple. Asimismo, se ha podido detectaruna pequeña pérdida de presión al inundar el tubo de Venturi.

3.3.

ME

I

Determin

E FL I

ión del f  tor de p so.

P

i

4

[LABORA ORIO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F MASS

El tubo de Venturi se utiliza para medir el caudal. Se dif erencia de la medición de diafragma por su escasa pérdida de presión. El caudal se puede medir como la dif erencia de presión  p entre la entrada y el punto del tubo con menor diámetro:

El factor de pa so K suele venir a justado por el fabricante del tubo de Venturi. Si el fa ctor de pa so se descono ce, se puede calcular (si se conoce el caudal) a partir de la pérdida de presión  p mediante la ecua ción:

En la tabla siguiente se observa la pérdida depresión con d istintos caudales y el factor de pa so.

La pérdida de presión se puede leer en el manómetrode 6 tubitos, en la

columna de agua en mm, y se puede utilizar en la ecua ción en bares. El caudal se puede indicar en l/s.

Experimento Pro edimiento realizado

ME

y

Abrir la llave de ingreso de agua.

y

Medir el caudal ingresado con un cronometro.

y

Medir el caudal en el manómetro de tubitos o piezómetro s. I

E FL I

P

i

[LABORA ORIO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F MASS

y

Medir el caudal en el manómetro de tubo de pitot.

y

Medir la presión estática o termodinámica.

Fotos del experimento realizado en el laboratorio

Manó metro

ME

I

E FL I

de tubito simple

P

i

6

[LABORA ORIO N_6 JIMENEZ ACUÑA JORGE JOEL ]

F MASS

Manómetr o

Tubo

de 6 tubitos

de Venturi

Medi

ión de presión total

ME

I

E FL I

P

i

7

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FIIMASS

CALCULOS CAUDALIMETRO

DATOS E TIEM O VOLUMEN

Ensayo

Tiempo (Seg)

CALCULO DE CAUDAL

Inicial Vol. Final  (litros) Q = (L) (litros)

Vol. (L(

1

24.94

553

557

4.0

0.160

2

24.94

561

565

4.0

0.160

3

25.00

568

572

4.0

0.160

4

25.00

574

578

4.0

0.160

Qm (lt/s)

0.160

 

TUBO DE  V ENTURI

DATOS DE RESIONES

Sección

CALCULO DE VELOCIDAD CAUDAL

Presión total (mm.c.a.)

Presión est. (mm.c.a.)

1

268

2

h (mm.c.a.)

Vi =    (m/s)

Qi = 1000*ViAi (lt/s)

260

8

0.396

0.135

265

245

20

0.626

0.144

3

261

20

241

2.173

0.174

4

255

160

95

1.364

0.232

5

230

185

45

0.939

0.244

6

220

190

30

0.767

0.261

Qprom. (lt/s)

0.198

MECANICA DE FLUIDOS

Página 1

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VELOC 

C 

F MASS

LC  LADA

S cci

 Ár ( 2)

 Ár

( 2)

1

338.6

0.00034

0.473

2

233.5

0.00023

0.685

3

84.6

0.00008

1.891

4

170.2

0.00017

0.940

5

255.2

0.00026

0.627

6

338.6

0.00034

0.473



i.c l m/

 

GRAFICOS PRESIONES E N EL TUBO DE VE NTURI

1.

300 250

200 150 100 50 0

0

ME

I

1

E FL I

2

3

4

5

6

7

8

P

i

9

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F MASS

VELOC DADES DEL TUBO DE VENTURI

2.5

2

1.5

1

0.5

0

0

ME

I

1

E FL I

2

4

5

6

P

i

20